多孔泡沫材料強化傳熱與流阻特性研究.pdf

1、隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,電子設備越來越趨向小型化、輕量化、結(jié)構(gòu)緊湊化及運行的高效化方向發(fā)展,因而功率器件的散熱問題日漸突顯,傳統(tǒng)的金屬散熱件已很難滿足科技發(fā)展的要求。多孔泡沫材料是一類新型功能材料,具有高比表面積、高孔隙率、高導熱、低密度等優(yōu)點,可作為輕質(zhì)高導熱散熱器的核心部件材料,在某些對重量比較敏感的軍事、航空航天、電子工程等領域蘊藏著廣闊的應用潛力。
　　本文針對多孔泡沫材料作為輕質(zhì)高導熱散熱器核心部件的阻力特性和傳熱特性開

2、展研究工作,搭建了多孔泡沫緊湊型散熱器性能研究實驗臺,實驗研究了多孔泡沫的阻力特性和傳熱特性,并與傳統(tǒng)的平直金屬散熱器進行了比較;根據(jù)多孔泡沫材料的幾何結(jié)構(gòu)特征,建立了均質(zhì)和非均質(zhì)多孔泡沫模型,模擬了多孔泡沫內(nèi)流動及對流換熱過程,討論了多孔泡沫材料的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)對滲流阻力及傳熱特性的影響;本文最后結(jié)合對流換熱場協(xié)同原理,分析了多孔泡沫內(nèi)流場與溫度場的協(xié)同性能。本文主要的研究內(nèi)容和取得的成果有:
　　實驗研究中選用的兩種銅泡沫散熱器

3、的傳熱性能均要優(yōu)于常規(guī)的平直鋁翅片散熱器,在實驗流速范圍內(nèi),多孔銅泡沫散熱器表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是平直翅片散熱器的1.6~1.9倍。
　　定義了基于滲透率的雷諾數(shù)Rek,得到了實驗所用多孔泡沫材料的摩擦因子與雷諾數(shù)關(guān)系f=1/Rek+c,孔隙率分別為0.946和0.957時,無因次慣性系數(shù)分別為0.03448和0.02806。
　　通過對均質(zhì)多孔泡沫滲流過程數(shù)值模擬結(jié)果的分析,指出多孔泡沫材料的滲透率和慣性系數(shù)與流體物性無關(guān);結(jié)合E

4、rgun方程,得到了無因次滲透率及無因次慣性系數(shù)與多孔泡沫孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)間的關(guān)系;定義基于接觸面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),得到了均質(zhì)多孔泡沫強化換熱準則方程。
　　通過對均質(zhì)泡沫換熱熱阻與泵功的計算與分析,指出了“臨界流速”現(xiàn)象,并采用綜合性能評價指標PEC評價多孔泡沫強化換熱綜合性能,得出低孔隙率、高孔密度的多孔泡沫更容易獲得較好的綜合傳熱性能。
　　采用孔隙均勻度作為非均質(zhì)多孔泡沫的隨機結(jié)構(gòu)參數(shù),根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果的,指出孔隙均勻度越